论核电厂重要厂用水系统管道防腐措施

论核电厂重要厂用水系统管道防腐措施

赵晓东

核工业工程研究设计有限公司，北京 101300

摘 要：滨海核电站重要厂用水系统多采用碳钢管道，鉴于海水系统环境的特殊性，氯离子和其它盐类离子含量较高，腐蚀性很强，必须采取必要的防腐蚀措施。尤其是内外壁均接触海水的溢流排水管，常有浮游生物尸体和其它杂质沾附，在内部防腐多采取加内衬（衬涂层、衬胶、浸塑等）或者内衬与阴极保护（牺牲阳极或外加电流阴极保护）联合的保护措施，还要考虑管外壁的重防腐措施。本文采用调查分析和实证研究的方法，针对滨海核电站重要厂用水系统出现的腐蚀事件，从腐蚀原因、防腐蚀设计及防腐蚀失效情况进行了分析和论述，并对局部防腐措施提出了优化建议。

关键词：核电站 海水 腐蚀 阴极保护 重防腐

引言

核电厂重要厂用水系统（SEC系统）的主要功能是利用海水与设备冷却水系统（RRI系统）进行热交换，带走核岛内部运行中产生的热量，同时将各种设备和建筑物产生的热量最终带入大海。

海水储量丰富且水温季节变化较小，是核电站最终余热排放的最佳选择，但是由于海水中氯离子和其他盐类离子含量高，是强电解中溶液，具有强腐蚀性，为各种腐蚀模式的进行提供了有利条件，海水介质带来的腐蚀风险往往比预期的要大，与海水接触的管道和设备必须采取严格的防腐蚀设计。

碳钢在海水中会发生点蚀、缝隙腐蚀、冲击腐蚀和电偶腐蚀等局部腐蚀，根据腐蚀的机理，一般的腐蚀防护对策为尽量采用碳钢加内衬（衬涂层、衬胶、浸塑等）的管道，也可以采用内衬和阴极保护（牺牲阳极或外加电流阴极保护）。由于碳钢机体本身不耐海水腐蚀，衬胶和衬塑碳钢管道不能在内外都接触海水的环境中使用。碳钢加内衬的海水管道发生腐蚀穿孔的原因，主要是内衬老化、碰伤或其他局部缺陷导致的破损，内衬破损后很快会导致穿孔，且穿孔有由内向外发展的可能。这种腐蚀方式在管道穿墙孔处很容易出现，当然这属于运行维护问题。

现役滨海核电站的运行经验表明，现有的防腐蚀设计体系仍存在缺陷，腐蚀问题时有发生，本文针对核电厂重要厂用水系统管道的腐蚀问题及其腐蚀设计和优化措施进行了讨论。

腐蚀原理概述及基本防腐蚀对策

海洋环境腐蚀概述

海洋环境中的管道处于直接暴露和间接暴露两种环境，直接暴露环境的管道包括全部输送海水的管道内壁以及部分或全部浸泡在海水中的管道外壁，如海水取水口、排水溢流管等；间接暴露环境的管道包括海平面以上不直接接触海水的管道外壁。

处于直接暴露环境的部分浸泡在海水中的管道，根据腐蚀程度的不同分为四个区域：（1）水下区；（2）水位变动区；（3）浪溅区；（4）大气区。其中水下区处于缺氧环境腐蚀相对缓慢；水位变动区受水和大气间歇联合作用腐蚀加重；浪溅区由于水位波动，干湿交替，氯离子浓度高，供氧充分，是腐蚀最为严重的区域；海洋大气区湿度大、易在金属表面形成水膜，腐蚀速率比在内陆大气中高4~5倍。

处于间接暴露环境中的管道由于遭到空气中氯离子和大气湿度的的腐蚀，管道腐蚀裕量的选择、保护涂层的选择和涂层厚度在阻止氯离子侵入和延迟腐蚀开始发生时间起着重要作用。

腐蚀基本原理

通常金属腐蚀为金属与环境间的物流物理-化学相互作用，使金属的性能发生变化，并常导致金属、环境和由它们作为组成部分的技术体系功能受到损伤。

核电站中发生腐蚀的模式主要有电偶腐蚀、缝隙腐蚀、点蚀、苛性腐蚀、应力腐蚀开裂等。

基本防腐蚀对策

海水系统防防腐蚀设计总的原则是尽量减少与海水的接触，而不得不与海水接触的设备和管道材料要适用于海水环境。根据腐蚀发生的机理，可以采取以下措施来保护基本金属防止腐蚀发生。

隔离法

核电站常用隔离方法有衬里技术，包括衬橡胶、衬塑料、衬涂层、衬水泥砂浆以及外表面涂装涂层技术。金属覆盖层技术在核电站特别是在海水环境中用的很少，衬橡胶应用较为广泛，表面防腐涂层也较为常用，但通常不单独使用，而是和阴极保护联合使用。

表面涂层法的防腐效果主要取决于涂料的性能，一般管道涂层的涂料应该具备较低的水气渗透率和吸水率，特别应注意防止氯离子穿透，涂料与金属表面有足够高的粘结强度，耐蚀性好，耐磨损性强等。

阴极保护法

阴极保护的原理是给金属补充大量的电子，使被保护金属整体处于电子过剩的状态，金属表面各点达到同一负电位，从而减轻或防止海水对冷却设备及管道的金属表面由于电化学原因引起的均匀和局部腐蚀的防腐技术，可通过外加电流和牺牲阳极两种途径实现。

牺牲阳极保护法是指将被保护的金属和一种电位更负的金属或者合金（即牺牲阳极）相连，使被保护体阴极极化，以达到降低腐蚀速率的目的。一般用于位置孤立，形状简单且易于更换的小型设备或部件，如格栅、过滤器等。

外加电流保护法是指将被保护金属与外加电源负极相连，辅助阳极接到电源正极，有外加电源提供保护电流，以降低腐蚀速率的方法，其方式有恒电位、恒电流等。一般用于大型且结构比较复杂的设备，如旋转滤网、内外表面都与海水接触的设备等。

阴极保护在核电站较多被采用，为了减少牺牲阳极的更换频率或节约用电量，阴极保护一般和涂层防腐联合使用，阴极保护实施中需要特别关注保护不到位和过保护的问题。

改良腐蚀环境和介质（缓蚀剂法）

加入能明显抑制被腐蚀金属发生腐蚀的介质，称为缓蚀剂。缓蚀剂可以是无机盐类,也可以是有机物。

缓蚀剂的作用往往是由于吸附或与腐蚀产物生成沉淀而覆盖在金属电极表面形成保护膜所致，它能减缓电极过程的速度，达到缓蚀的作用。此对策是在隔离法无法实施或不起作用时的权宜之计。

合理的防腐蚀设计

如果防腐蚀设计不合理，例如使用耐腐蚀等级不够的材料，没有考虑设备间的相互影响等，就会导致电偶腐蚀、点腐蚀等一系列腐蚀的发生。特别是管道内衬材料破损后，由于形成大阴极小阳极，将会加速碳钢机体的腐蚀穿孔，可以考虑把这部分衬胶管道也纳入阴极保护的范围内。

要注意金属的耐腐蚀性与其环境的搭配关系，平衡防腐性能与成本，做到有的放矢。当腐蚀可估量时，在不影响力学性能要求的前提下，可超过由其他因素所要求的壁厚使结构或管线的壁厚增加，该裕量应能够确保材料经受各种类型的腐蚀（包括点腐蚀）。而不会使结构或管线的厚度减至低于产品机械稳定性所需的厚度。紧固件应使用比于它们连接在一起的零部件耐腐蚀性能更高的材料。

防腐措施在重要厂用水系统中的应用

SEC系统组成及功能

重要厂用水系统（SEC）是一个开式循环系统，流动介质为海水。SEC 系统通过SEC 泵从海水过滤系统吸入海水，经SEC 管道、贝类捕集器及换热器，将冷却后的海水排入溢流井，然后由排水管道汇流至CC虹吸井，最终排入大海。

因此 SEC 系统是通过海水冷却系统的板式换热器，执行其把由设备冷却水系统收集的热负荷输送到最终热阱——海水的导热功能。

SEC系统管道选材及防腐蚀设计要求

SEC 管道属于安全三级、规范三级、抗震1F 类。防腐要求选用适应海水介质的材料，同时尽可能使设备不接触海水。

SEC系统（不包括GS 部分）管道选材及防腐措施：

PX 泵房和RRI 厂房内的管道为衬胶碳钢管道；

泵房至电气厂房及核辅助厂房贝类捕集器之前的管道、核岛廊道内的管道为碳钢管道，管道内外表面涂刷重防腐涂料及外加电流阴极联合保护。

结论

核电设备和管道腐蚀问题普遍存在，防腐工作也将长期存在，只有在合理选材、增加防腐层和阴极保护、优化防腐结构设计等方面进行深入细致的探索和研究，不断积累经验、优化腐蚀速率控制方法，才能最大限度地保证系统的正常运行。

参考文献：

[1] 中华人民共和国交通部. JTS153-3-2007海港工程钢结构防腐蚀技术规范[S]. 北京: 人民交通出版社, 2007.

[2] 广东核电培训中心. 900MW压水堆核电站系统与设备. 北京:原子能出版社，2004